(57)【要約】  【課題】  有機ＥＬ素子において、発光層と透明な陽極である第１の電極との界面で全反射されるため外部へ取り出すことができなかった光を取り出せるようにし、発光効率、発光寿命の劣る青色、赤色の光の取り出し効率を回折格子によって向上させる。  【解決手段】  第１の電極１２と有機物からなる発光層１４との界面に、格子定数ｄの正方格子からなる回折格子１３を設ける。有機ＥＬ素子内で光が感じる実効屈折率がｎであるとき、ｄを（６１０／ｎ）ｎｍ以上（７００／ｎ）ｎｍ以下に設定する。６１０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の赤色の光はピッチｄを感じ、およそ４３１ｎｍ以上４９５ｎｍ以下の青色の光はピッチｅ＝ｄ／√２を感じ、回折格子１３によって回折され、それぞれ図面に垂直な方向に取り出すことができる。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上に、第１の電極、互いに異なる波長の光を発光する複数の発光材料を有する発光層、第２の電極を順に備え、白色に発光する有機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記透明基板と前記第１の電極との界面、前記第１の電極と前記発光層との界面または前記発光層と前記第２の電極との界面に２次元的な周期屈折率分布を持つ回折格子を備え、前記複数の発光材料のうち、発光効率および発光寿命のうち少なくとも一方が他の発光材料のいずれかよりも劣る第１の発光材料の発光する光の波長に相当する波長の光の取り出し効率が、他の発光材料の発光する光の波長に相当する光の取り出し効率よりも高くなるように前記回折格子の屈折率分布の周期が設定されていることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２】
前記第１の発光材料の発光する光の空気中での波長が青色乃至紫外光に相当する領域に存在することを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項３】
前記発光層は、前記複数の発光材料に第２の発光材料を含み、前記回折格子は、回折格子の第１の回折を利用して前記第１の発光材料および前記第２の発光材料のうち発光する光の波長が長い方の発光する光の波長に相当する光の取り出し効率を高め、回折格子の前記第１の回折よりも高次の第２の回折を利用して前記第１の発光材料および前記第２の発光材料のうち発光する光の波長が短い方の発光する光の波長に相当する光の取り出し効率を高めることを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項４】
前記第１の発光材料の発光する光の空気中での波長が青色乃至紫外光に相当する領域に存在し、前記第２の発光材料の発光する光の空気中での波長が赤色領域に存在することを特徴とする請求項３に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項５】
前記回折格子で回折する光の空気中での波長が第１の波長λ１以上でλ１より大きい第２の波長λ２以下であり、前記有機エレクトロルミネッセンス素子内の光が感じる実効屈折率がｎであるとき、前記回折格子が、格子定数がλ１／ｎ以上λ２／ｎ以下の正方格子であることを特徴とする請求項１または３に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項６】
前記回折格子で回折する光の空気中での波長が第１の波長λ１以上でλ１より大きい第２の波長λ２以下であり、前記有機エレクトロルミネッセンス素子内の光が感じる実効屈折率がｎであるとき、前記回折格子が、格子定数が（２／√３×λ１／ｎ）以上（２／√３×λ２／ｎ）以下の三角格子であることを特徴とする請求項１または３に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項７】
前記第１の波長λ１が３６０ｎｍであり、前記第２の波長λ２が５００ｎｍであることを特徴とする請求項５または６に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項８】
前記第１の波長λ１が６１０ｎｍであり、前記第２の波長λ２が７００ｎｍであることを特徴とする請求項５または６に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項９】
前記発光層が発した、空気中での波長が３６０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の光を吸収して白色に変換する蛍光体またはリン光体を備えたことを特徴とする、請求項５〜８のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１０】
透明基板上に、第１の電極、発光層、第２の電極を順に備え、白色に発光する有機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記透明基板と前記第１の電極との界面、前記第１の電極と前記発光層との界面または前記発光層と前記第２の電極との界面に２次元的な周期屈折率分布を持つ回折格子を備え、前記回折格子が、格子定数が２２０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の正方格子であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１１】
透明基板上に、第１の電極、発光層、第２の電極を順に備え、白色に発光する有機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記透明基板と前記第１の電極との界面、前記第１の電極と前記発光層との界面または前記発光層と前記第２の電極との界面に２次元的な周期屈折率分布を持つ回折格子を備え、前記回折格子が、格子定数が２５０ｎｍ以上３３０ｎｍ以下の三角格子であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１２】
透明基板上に、第１の電極、発光層、第２の電極を順に備え、白色に発光する有機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記透明基板と前記第１の電極との界面、前記第１の電極と前記発光層との界面または前記発光層と前記第２の電極との界面に２次元的な周期屈折率分布を持つ回折格子を備え、前記回折格子が、格子定数が３６０ｎｍ以上４１０ｎｍ以下の正方格子であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１３】
透明基板上に、第１の電極、発光層、第２の電極を順に備え、白色に発光する有機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記透明基板と前記第１の電極との界面、前記第１の電極と前記発光層との界面または前記発光層と前記第２の電極との界面に２次元的な周期屈折率分布を持つ回折格子を備え、前記回折格子が４１０ｎｍ以上４８８ｎｍ以下の三角格子であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１４】
請求項１〜請求項１３のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を備えたことを特徴とする照明装置。
【請求項１５】
請求項１〜請求項１３のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子をバックライトとして備えたことを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、白色光を発する有機エレクトロルミネッセンス素子およびこれを備えた表示装置もしくは照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
白色光を発する有機エレクトロルミネッセンス素子（以下有機ＥＬ素子とする。）は、液晶表示装置においてバックライトと呼ばれる照明装置として設けられたり、照明光源として用いられたりしている。
【０００３】
有機ＥＬ素子が液晶表示装置のバックライトとして用いられる場合、液晶パネルの裏面に配置され、その照射光が液晶層によって変調されることで画像表示がなされる。バックライトとしては、有機ＥＬ素子の他に、ＬＥＤや陰極管も用いられているが、ＬＥＤは点光源、陰極管は線光源であるため、これらから発した光を導光板によって液晶パネルの背面に導く必要があり、装置が厚くなる、光量にムラを生じる、などの欠点があった。しかし、有機ＥＬ素子は面光源であるため、導光板は不要であり、また光量にムラがなく一様な照射光が得られる。
【０００４】
また、照明光源としては、低消費電力かつ高輝度であるため、蛍光灯やタングステン球に代わるものとして用いることが可能である。
【０００５】
ここで、図９を用いて一般的な有機ＥＬ素子の構成について説明する。有機ＥＬ素子１１０は、ガラスなどからなる透明基板１１１に、第１の電極１１２、発光層１１４および第２の電極１１５が順に設けられている。第１の電極１１２は、透明基板１１１にスパッタリングなどによってＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）またはＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）膜を成膜して形成した、透明なものである。発光層１１４は、第１の電極１１２に有機発光材料を成膜して形成する。第２の電極１１５は、発光層１１４に真空蒸着法などによって金属を蒸着して形成する。
【０００６】
発光層１１４では、第１の電極１１２と第２の電極１１５との間に電圧を印加することによって陽極である第１の電極１１２から注入された正孔と陰極である第２の電極１１５から注入された電子とが再結合して発光する。この光が第１の電極１１２および透明基板１１１を透過することで、使用者には有機ＥＬ素子１１０が発光して見える。発光層１１４は添加するドーパントによって発する光の波長を変化させることが可能である。
【０００７】
有機ＥＬ素子１１０で白色の光を得る方法としては、２波長の光を混合する方法（２波長型）と、３波長の光を混合する方法（３波長型）とがある。２波長型としては、単層または２層の発光層１１４に青色およびその補色である橙色を発光させる方法（ＥＬ＋ＥＬ）と、青色に発光する単層の発光層１１４の近傍にその発光を吸収して橙色の蛍光を発する蛍光体またはリン光を発するリン光体を設ける方法（ＥＬ＋ＰＬ）とが挙げられる。ここで、ＥＬはＥｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅを、ＰＬはＰｈｏｔｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅを意味する。
【０００８】
３波長型としては、単層、２層または３層の発光層１１４に青色、緑色および赤色を発光させる方法（ＥＬ＋ＥＬ＋ＥＬ）と、青色に発光する単層の発光層１１４の近傍にその発光を吸収して緑色および赤色に発光する蛍光体またはリン光体を設ける方法（ＥＬ＋ＰＬ＋ＰＬ）と、紫外線を発する単層の発光層１１４の近傍にその発光を吸収して青色、緑色および赤色に発光する蛍光体またはリン光体を設ける方法（ＥＬ＋ＰＬ＋ＰＬ＋ＰＬ）とが挙げられる。
【０００９】
発光層１１４の発光には、添加するドーパントによって一般に蛍光とリン光の２種類があるが、現在の技術水準において、それぞれ発する色の発光効率および発光寿命について表１に示すような特徴がある。表１において、「可」は「優良」、「良好」よりは劣るが実用は不可能ではないレベルであることを示している。
【表１】
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【００１０】
表１から分かるように、蛍光、リン光とも緑色の発光については他の色と比べて発光効率、発光寿命ともほぼ優れている。しかし、蛍光では青色の発光寿命、赤色の発光効率および発光寿命については緑色より劣っており、リン光では青色の発光寿命が他の色と比べて非常に短い。
【００１１】
有機ＥＬ素子の場合、発光輝度と電流密度がほぼ比例するため、発光輝度を高めるためには印加電圧を高くし、注入電流を増やして電流密度を上げればよい。しかし、発光寿命は電流密度の１．５〜２乗に反比例して悪くなるため、できるだけ電流密度すなわち印加電圧を低くして、発光した光はできるだけ効率よく使いたいという要求がある。
【００１２】
図９の有機ＥＬ素子１１０のような層構成を備える有機ＥＬ素子は、発光層１１４から発した光のうち透明基板１１１から外部に出ることができるものの割合、すなわち光の取り出し効率が１５〜２０％程度と少ないという問題がある。これは、臨界角以上の角度で透明基板１１１と空気との界面に入射する光は全反射を起こして透明基板１１１の観察面からは外部に出られないことや、透明基板１１１と第１の電極１１２との界面および第１の電極と１１２と発光層１１４との界面でも入射角の大きな光が全反射によって第１の電極１１２および発光層１１４で導波して透明基板１１１の観察面から外部に出られず、有機ＥＬ素子１１０の側面方向に逃げるためと考えられている。
【００１３】
この光の取り出し効率を向上させる方法として、特許文献１では透明基板と第１の電極との界面、第１の電極と発光層との界面、または透明基板と外界との界面などに回折格子を形成する方法が提案されている。これによると、ブラッグ回折によって光の進行方向を屈折とは異なり、特定の方向に変えることができるため、発光層から発生した光のうち全反射によって各層を導波する光を、回折格子によって外部に取り出し、光の取り出し効率を向上させるものである。
【００１４】
【特許文献１】特開平１１−２８３７５１号公報（第３頁、第４頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
回折格子は、その格子の形状および格子定数によって決定される特定の波長範囲の光だけ回折を起こすため、広い範囲の波長の光が同時に発する白色光源としての有機ＥＬ素子にこれを設けた場合、光の取り出し効率が波長によってばらついてしまい、色のバランスが崩れ、白色の品質を低下させてしまう可能性がある。
【００１６】
白色光源の有機ＥＬ素子としては、前述したように２波長型または３波長型のものがあり、その発光寿命は、２波長型および３波長型の青色または紫外光を発光させるものでは青色または紫外光の発光に依存し、３波長型の青色、緑色および赤色の３色を発光させるものではこれらのうち発光寿命の短い青色および赤色の発光に依存する。
【００１７】
そこで、本発明は、回折格子を設けることによって青色、赤色などの発光効率や発光寿命の劣る特定色の光の取り出し効率が向上し、発光寿命が改善され、かつ高品質の白色を得ることのできる白色有機ＥＬ素子およびこれを備えた液晶装置もしくは照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
（１）上記目的を達成するために本発明は、透明基板上に、第１の電極、互いに異なる波長の光を発光する複数の発光材料を有する発光層、第２の電極を順に備え、白色に発光する有機ＥＬ素子において、前記透明基板と前記第１の電極との界面、前記第１の電極と前記発光層との界面または前記発光層と前記第２の電極との界面に２次元的な周期屈折率分布を持つ回折格子を備え、前記複数の発光材料のうち、発光効率および発光寿命のうち少なくとも一方が他の発光材料のいずれかよりも劣る第１の発光材料の発光する光の波長に相当する波長の光の取り出し効率が、他の発光材料の発光する光の波長に相当する光の取り出し効率よりも高くなるように前記回折格子の屈折率分布の周期が設定されていることを特徴とする。
【００１９】
（２）また本発明は、上記構成の有機ＥＬ素子において、前記第１の発光材料の発光する光の空気中での波長が青色乃至紫外光に相当する領域に存在することを特徴とする。
【００２０】
（３）また本発明は、上記構成の有機ＥＬ素子において、前記発光層は、前記複数の発光材料に第２の発光材料を含み、前記回折格子は、回折格子の第１の回折を利用して前記第１の発光材料および前記第２の発光材料のうち発光する光の波長が長い方の発光する光の波長に相当する光の取り出し効率を高め、回折格子の前記第１の回折よりも高次の第２の回折を利用して前記第１の発光材料および前記第２の発光材料のうち発光する光の波長が短い方の発光する光の波長に相当する光の取り出し効率を高めることを特徴とする。
【００２１】
（４）また本発明は、上記構成の有機ＥＬ素子において、前記第１の発光材料の発光する光の空気中での波長が青色乃至紫外光に相当する領域に存在し、前記第２の発光材料の発光する光の空気中での波長が赤色領域に存在することを特徴とする。
【００２２】
（５）また本発明は、上記構成の有機ＥＬ素子において、前記回折格子で回折する光の空気中での波長が第１の波長λ１以上でλ１より大きい第２の波長λ２以下であり、前記有機ＥＬ素子内の光が感じる実効屈折率がｎであるとき、前記回折格子が、格子定数がλ１／ｎ以上λ２／ｎ以下の正方格子であることを特徴とする。
【００２３】
（６）また本発明は、上記構成の有機ＥＬ素子において、前記回折格子で回折する光の空気中での波長が第１の波長λ１以上でλ１より大きい第２の波長λ２以下であり、前記有機ＥＬ素子内の光が感じる実効屈折率がｎであるとき、前記回折格子が、格子定数が（２／√３×λ１／ｎ）以上（２／√３×λ２／ｎ）以下の三角格子であることを特徴とする。
【００２４】
（７）また本発明は、上記構成の有機ＥＬ素子において、前記第１の波長λ１が３６０ｎｍであり、前記第２の波長λ２が５００ｎｍであることを特徴とする。
【００２５】
（８）また本発明は、上記構成の有機ＥＬ素子において、前記第１の波長λ１が６１０ｎｍであり、前記第２の波長λ２が７００ｎｍであることを特徴とする。
【００２６】
（９）また本発明は、上記構成の有機ＥＬ素子において、前記発光層が発した、空気中での波長が３６０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の光を吸収して白色に変換する蛍光体またはリン光体を備えたことを特徴とする。
【００２７】
（１０）また本発明は、透明基板上に、第１の電極、発光層、第２の電極を順に備え、白色に発光する有機ＥＬ素子において、前記透明基板と前記第１の電極との界面、前記第１の電極と前記発光層との界面または前記発光層と前記第２の電極との界面に２次元的な周期屈折率分布を持つ回折格子を備え、前記回折格子が、格子定数が２２０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の正方格子であることを特徴とする。
【００２８】
（１１）また本発明は、透明基板上に、第１の電極、発光層、第２の電極を順に備え、白色に発光する有機ＥＬ素子において、前記透明基板と前記第１の電極との界面、前記第１の電極と前記発光層との界面または前記発光層と前記第２の電極との界面に２次元的な周期屈折率分布を持つ回折格子を備え、前記回折格子が、格子定数が２５０ｎｍ以上３３０ｎｍ以下の三角格子であることを特徴とする。
【００２９】
（１２）また本発明は、透明基板上に、第１の電極、発光層、第２の電極を順に備え、白色に発光する有機ＥＬ素子において、前記透明基板と前記第１の電極との界面、前記第１の電極と前記発光層との界面または前記発光層と前記第２の電極との界面に２次元的な周期屈折率分布を持つ回折格子を備え、前記回折格子が、格子定数が３６０ｎｍ以上４１０ｎｍ以下の正方格子であることを特徴とする。
【００３０】
（１３）また本発明は、透明基板上に、第１の電極、発光層、第２の電極を順に備え、白色に発光する有機ＥＬ素子において、前記透明基板と前記第１の電極との界面、前記第１の電極と前記発光層との界面または前記発光層と前記第２の電極との界面に２次元的な周期屈折率分布を持つ回折格子を備え、前記回折格子が４１０ｎｍ以上４８８ｎｍ以下の三角格子であることを特徴とする。
【００３１】
（１４）また本発明にかかる照明装置は、上記構成の有機ＥＬ素子を備えたことを特徴とする。
【００３２】
（１５）また本発明にかかる液晶表示装置は、上記構成の有機ＥＬ素子を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によると、発光層と第１の電極との界面または第１の電極と透明基板との界面に設けられた２次元的な周期屈折率分布を持つ回折格子による回折によって、他の発光材料よりも発光効率および発光寿命の劣る第１の発光材料の発光する光の波長に相当する波長の光の取り出し効率が、他の発光材料の発光する光の波長に相当する光の取り出し効率よりも高くすることができ、印加電圧を高くしなくても第１の発光材料の発光する光の輝度を上げることができるため、発光寿命の長い有機ＥＬ素子を得ることができる。
【００３４】
また本発明によると、回折格子による第１の回折と、第１の回折よりも高次の第２の回折を利用し、第１の発光材料および第２の発光材料の発光する光の波長に相当する波長の光の、それぞれの取り出し効率を高くすることができ、印加電圧を高くしなくても第１の発光材料および第２の発光材料の発光する光の輝度を上げることができるため、発光寿命の長い有機ＥＬ素子を得ることができる。
【００３５】
また本発明によると、上記構成の有機ＥＬ素子を備えることによって、高輝度、長寿命の照明装置を得ることができる。
【００３６】
また本発明によると、上記構成の有機ＥＬ素子を備えることによって、高輝度、長寿命のバックライトを備えた表示装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について、図１〜３を用いて説明する。図１は、第１の実施形態にかかる有機ＥＬ素子の概略構成図、図２は正方格子である回折格子の拡大した部分平面図、図３は三角格子である回折格子の拡大した部分平面図である。
【００３８】
まず、有機ＥＬ素子１０の構成について説明する。図１に示すように、有機ＥＬ素子１０は、透明基板１１に、第１の電極１２、回折格子１３、発光層１４および第２の電極１５が順に設けられている。
【００３９】
透明基板１１としては、透明であればガラスや樹脂などの材料を用いることができる。ガラス、プラスチック等の種類には特に限定はないが、好ましく用いられるものとしては、ガラス、石英、透明樹脂フィルムを挙げることができる。特に好ましいものは、有機ＥＬ素子１０にフレキシブル性を与えることが可能な樹脂フィルムである。樹脂フィルムの表面には、無機物、有機物の被膜またはその両者のハイブリッド被膜が形成されていてもよく、水蒸気透過度が０．０１ｇ／ｍ2・ｄａｙ・ａｔｍ以下のバリア性フィルムであることが好ましく、更には、酸素透過度１０-3ｇ／ｍ2／ｄａｙ以下、水蒸気透過度１０-5ｇ／ｍ2／ｄａｙ以下の高バリア性フィルムであることが好ましい。
【００４０】
該バリア膜を形成する材料としては、水分や酸素など素子の劣化をもたらすものの浸入を抑制する機能を有する材料であればよく、例えば、酸化珪素、二酸化珪素、窒化珪素などを用いることができる。更に該膜の脆弱性を改良するためにこれら無機層と有機材料からなる層の積層構造を持たせることがより好ましい。無機層と有機層の積層順については特に制限はないが、両者を交互に複数回積層させることが好ましい。
【００４１】
該バリア膜の形成方法については、特に限定はなく、例えば真空蒸着法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、分子線エピタキシー法、クラスタ−イオンビーム法、イオンプレーティング法、、プラズマ重合法、大気圧プラズマ重合法、プラズマＣＶＤ法、レーザーＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、コーティング法などを用いることができるが、特開２００４−６８１４３号に記載されているような大気圧プラズマ重合法によるものが特に好ましい。
【００４２】
陽極である第１の電極１２としては、仕事関数の大きい（４ｅＶ以上）金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが好ましく用いられる。このような電極物質の具体例としてはＡｕ等の金属、ＣｕＩ、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、ＳｎＯ2、ＺｎＯ等の導電性透明材料が挙げられる。第１の電極１２はこれらの電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法により、透明基板１１上に薄膜を形成させ、フォトリスグラフィ等の手法で所望の形状のパターンを形成する。第１の電極１２より発光を取り出す場合には、透過率を１０％より大きくすることが望ましく、また陽極としてのシート抵抗は数百Ω／□以下が好ましい。更に膜厚は材料にもよるが、通常１０〜１０００ｎｍ、好ましくは１０〜２００ｎｍの範囲で選ばれる。また、第１の電極１２には、発光層１４との界面に回折格子１３が形成されている。
【００４３】
陰極である第２の電極１５としては、仕事関数の小さい（４ｅＶ以下）金属（電子注入性金属と称する）、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが用いられる。このような電極物質の具体例としては、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、マグネシウム／銅混合物、マグネシウム／銀混合物、マグネシウム／アルミニウム混合物、マグネシウム／インジウム混合物、アルミニウム／酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）混合物、インジウム、リチウム／アルミニウム混合物、希土類金属等が挙げられる。第２の電極１５はこれらの電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法により薄膜を形成させることにより、作製することができる。また、陰極としてのシート抵抗は数百Ω／□以下が好ましく、膜厚は通常１０ｎｍ〜５μｍ、好ましくは５０〜２００ｎｍの範囲で選ばれる。
【００４４】
発光層１４は、第１の電極１２、第２の電極１５、後述する電子輸送層または正孔輸送層から注入されてくる電子及び正孔が再結合して燐光もしくは蛍光を発する層であり、発光する部分は発光層１４の層内であっても発光層１４と隣接層との界面であってもよい。
【００４５】
近年、プリンストン大から励起三重項からの燐光発光を用いる有機ＥＬ素子の報告がされて以来（Ｍ．Ａ．Ｂａｌｄｏ  ｅｔ  ａｌ．，ｎａｔｕｒｅ、３９５巻、１５１〜１５４頁（１９９８年））、室温で燐光を示す材料の研究が活発になってきている（例えば、Ｍ．Ａ．Ｂａｌｄｏ  ｅｔ  ａｌ．，ｎａｔｕｒｅ、４０３巻、１７号、７５０〜７５３頁（２０００年）、米国特許第６，０９７，１４７号明細書等）。励起三重項を使用すると、内部量子効率の上限が１００％となるため、励起一重項の場合に比べて原理的に発光効率が最大４倍となり、発光効率を著しく向上させることができる。
【００４６】
Ｔｈｅ  １０ｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｏｎ  Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ  ａｎｄ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ（ＥＬ’００、浜松）では、燐光性化合物についていくつかの報告がなされている。例えば、Ｉｋａｉらはホール輸送性の化合物を燐光性化合物のホストとして用いている。また、Ｍ．Ｅ．Ｔｏｍｐｓｏｎらは各種電子輸送性材料を燐光性化合物のホストとして、これらに新規なイリジウム錯体をドープして用いている。更に、Ｔｓｕｔｓｕｉらはホールブロック層の導入により高い発光効率を得ている。
【００４７】
燐光性化合物のホスト化合物については、例えば、Ｃ．Ａｄａｃｈｉ  ｅｔ  ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７７巻、９０４頁（２０００年）等に詳しく記載されている。
【００４８】
また、ホスト化合物、及びドーパント化合物として燐光性化合物を各々含有する発光層を有する素子において、前記ホスト化合物としてカルバゾール誘導体を適用した例としては、４，４′−Ｎ，Ｎ′−ｄｉｃａｒｂａｚｏｌｅ−ｂｉｐｈｅｎｙｌ（ＣＢＰ）等が最も一般的である。ＣＢＰ以外のカルバゾール誘導体としては、特開２００１−２５７０７６号公報、同２００２−１０５４４５号公報等に高分子タイプが、同２００１−３１３１７９号公報、同２００２−７５６４５号公報等、中でも特定構造を有するカルバゾール誘導体が記載されている。
【００４９】
これら従来の化合物においては、発光輝度および耐久性を両立しうる構成が課題で、特に、緑色より短波な発光については緑より長波長に比べて発光効率が低いことが課題となっている。
【００５０】
本発明の有機ＥＬ素子１０の発光層１４においても、以下に示すホスト化合物とリン光性化合物（リン光発光性化合物ともいう）が含有されることが好ましい。
【００５１】
公知のホスト化合物の具体例としては、以下の文献に記載されている化合物が挙げられる。特開２００１−２５７０７６号公報、特開２００２−３０８８５５号公報、同２００１−３１３１７９号公報、同２００２−３１９４９１号公報、同２００１−３５７９７７号公報、同２００２−３３４７８６号公報、同２００２−８８６０号公報、同２００２−３３４７８７号公報、同２００２−１５８７１号公報、同２００２−３３４７８８号公報、同２００２−４３０５６号公報、同２００２−３３４７８９号公報、同２００２−７５６４５号公報、同２００２−３３８５７９号公報、同２００２−１０５４４５号公報、同２００２−３４３５６８号公報、同２００２−１４１１７３号公報、同２００２−３５２９５７号公報、同２００２−２０３６８３号公報、同２００２−３６３２２７号公報、同２００２−２３１４５３号公報、同２００３−３１６５号公報、同２００２−２３４８８８号公報、同２００３−２７０４８号公報、同２００２−２５５９３４号公報、同２００２−２６０８６１号公報、同２００２−２８０１８３号公報、同２００２−２９９０６０号公報、同２００２−３０２５１６号公報、同２００２−３０５０８３号公報、同２００２−３０５０８４号公報、同２００２−３０８８３７号公報等。
【００５２】
リン光性化合物は、有機ＥＬ素子の発光層に使用される公知のものの中から適宜選択し
て用いることができるが、好ましくは元素の周期表で８族〜１０族の金属を含有する錯体系化合物であり、更に好ましくはイリジウム化合物、オスミウム化合物、または白金化合物（白金錯体系化合物）、希土類錯体であり、中でも最も好ましいのはイリジウム化合物である。
【００５３】
発光層１４は上記化合物を、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、ＬＢ法、インクジェット法等の公知の薄膜化法により製膜して形成することができる。
【００５４】
本発明においては、発光層１４は発光極大波長が各々４３０〜４８０ｎｍ、５１０〜５５０ｎｍ、６００〜６４０ｎｍの範囲にある発光スペクトルの異なる少なくとも３層以上の層を含む。発光極大波長が４３０〜４８０ｎｍにある層を青発光層、５１０〜５５０ｎｍにある層を緑発光層、６００〜６４０ｎｍの範囲にある層を赤発光層と以下称する。発光層の積層順としては、特に制限はなく、また各発光層間に非発光性の中間層を有していてもよい。本発明においては、少なくとも一つの青発光層が、全発光層中最も第1の電極１２に近い位置に設けられていることが好ましい。
【００５５】
発光層１４の膜厚の総和は特に制限はないが、通常２ｎｍ〜５μｍ、好ましくは２〜２００ｎｍの範囲で選ばれる。本発明においては、更に１０〜２０ｎｍの範囲にあるのが好ましい。
【００５６】
個々の発光層の膜厚は、好ましくは２〜１００ｎｍの範囲で選ばれ、２〜２０ｎｍの範囲にあるのが更に好ましい。青、緑、赤の各発光層の膜厚の関係については、特に制限はないが、３発光層中、青発光層（複数層ある場合はその総和）が最も厚いことが好ましい。
【００５７】
また、本発明に用いられる封止手段としては、例えば封止部材（不図示）と、透明基板１１と第１の電極１２と第２の電極、とを接着剤で接着する方法を挙げることができる。封止部材としては、有機ＥＬ素子１０の表示領域を覆うように配置されておればよく、凹板状でも、平板状でもよい。また、透明性、電気絶縁性は特に問わない。具体的には、ガラス板、ポリマー板・フィルム、金属板・フィルム等が挙げられる。
【００５８】
また、本発明にかかる有機ＥＬ素子１０の構成として、上記のものの他に、例えば陽極／発光層ユニット／電子輸送層／陰極からなるもの、陽極／正孔輸送層／発光層ユニット／電子輸送層／陰極からなるもの、陽極／正孔輸送層／発光層ユニット／正孔阻止層／電子輸送層／陰極からなるもの、陽極／正孔輸送層／発光層ユニット／正孔阻止層／電子輸送層／陰極バッファー層／陰極からなるもの、陽極／陽極バッファー層／正孔輸送層／発光層ユニット／正孔阻止層／電子輸送層／陰極バッファー層／陰極からなるものが挙げられるが、本発明はこれらに限定されるものではない。また、正孔注入層、中間層、電子輸送層、電子注入層等のその他の層を備えていてもよい。
【００５９】
ここで、本発明の有機ＥＬ素子の構成層として用いられる、注入層、阻止層、電子輸送層等について説明する。
【００６０】
注入層とは、駆動電圧低下や発光輝度向上のために電極と有機層間に設けられる層のことで、必要に応じて設けられる。電子注入層（陰極バッファー層）と正孔注入層（陽極バッファー層）があり、上記の如く陽極と発光層または正孔輸送層の間、及び陰極と発光層または電子輸送層との間に存在させてもよい。
【００６１】
陽極バッファー層（正孔注入層）は、銅フタロシアニンに代表されるフタロシアニンバッファー層、酸化バナジウムに代表される酸化物バッファー層、アモルファスカーボンバッファー層、ポリアニリン（エメラルディン）やポリチオフェン等の導電性高分子を用いた高分子バッファー層等が挙げられる。
【００６２】
陰極バッファー層（電子注入層）は、ストロンチウムやアルミニウム等に代表される金属バッファー層、フッ化リチウムに代表されるアルカリ金属化合物バッファー層、フッ化マグネシウムに代表されるアルカリ土類金属化合物バッファー層、酸化アルミニウムに代表される酸化物バッファー層等が挙げられる。上記バッファー層（注入層）はごく薄い膜であることが望ましく、素材にもよるがその膜厚は０．１ｎｍ〜５μｍの範囲が好ましい。
【００６３】
正孔阻止（ホールブロック）層は、上記の如く、有機化合物薄膜の基本構成層の他に必要に応じて設けられるものである。正孔阻止層とは広い意味では電子輸送層の機能を有し、電子を輸送する機能を有しつつ正孔を輸送する能力が著しく小さい正孔阻止材料からなり、電子を輸送しつつ正孔を阻止することで電子と正孔の再結合確率を向上させることができる。また、後述する電子輸送層の構成を必要に応じて、本発明に係わる正孔阻止層として用いることができる。
【００６４】
正孔輸送層とは正孔を輸送する機能を有する正孔輸送材料からなり、広い意味で正孔注入層、電子阻止層も正孔輸送層に含まれる。正孔輸送層は単層または複数層設けることができる。正孔輸送材料としては、正孔の注入または輸送、電子の障壁性のいずれかを有するものであり、有機物、無機物のいずれであってもよいが、ポルフィリン化合物、芳香族第３級アミン化合物及びスチリルアミン化合物、特に芳香族第３級アミン化合物を用いることが好ましい。
【００６５】
正孔輸送層は上記正孔輸送材料を、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法を含む印刷法、ＬＢ法等の公知の方法により、薄膜化することにより形成することができる。正孔輸送層の膜厚については特に制限はないが、通常は５ｎｍ〜５μｍ程度、好ましくは５〜２００ｎｍである。この正孔輸送層は上記材料の１種または２種以上からなる一層構造であってもよい。
【００６６】
電子輸送層とは電子を輸送する機能を有する材料からなり、広い意味で電子注入層、正孔阻止層も電子輸送層に含まれる。電子輸送層は単層または複数層設けることができる。
【００６７】
発光層に対して陰極側に隣接する電子輸送層に用いられる電子輸送材料（正孔阻止材料を兼ねる）としては、陰極より注入された電子を発光層に伝達する機能を有していればよく、例えば、ニトロ置換フルオレン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド、フレオレニリデンメタン誘導体、アントラキノジメタン及びアントロン誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、キノキサリン誘導体、等を用いることができる。更にこれらの材料を高分子鎖に導入した、またはこれらの材料を高分子の主鎖とした高分子材料を用いることもできる。また、８−キノリノール誘導体の金属錯体、例えば、トリス（８−キノリノール）アルミニウム（Ａｌｑ）、トリス（５，７−ジクロロ−８−キノリノール）アルミニウム、トリス（５，７−ジブロモ−８−キノリノール）アルミニウム、トリス（２−メチル−８−キノリノール）アルミニウム、トリス（５−メチル−８−キノリノール）アルミニウム、ビス（８−キノリノール）亜鉛（Ｚｎｑ）等、及びこれらの金属錯体の中心金属がＩｎ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｃａ、Ｓｎ、ＧａまたはＰｂに置き替わった金属錯体も、電子輸送材料として用いることができる。
【００６８】
電子輸送層は上記電子輸送材料を、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法を含む印刷法、ＬＢ法等の公知の方法により、薄膜化することにより形成することができる。電子輸送層の膜厚については特に制限はないが、通常は５ｎｍ〜５μｍ程度、好ましくは５〜２００ｎｍである。電子輸送層は上記材料の１種または２種以上からなる一層構造であってもよい。
【００６９】
図１では有機ＥＬ素子として透明基板１１側から光が出射するボトムエミッションタイプのものを示しているが、透明または不透明の基板上に金属からなる陽極、発光層、透明な陰極を順に備え、透明な陰極から光が出射するトップエミッションタイプのものであってもよい。
【００７０】
有機ＥＬ素子１０は、第１の電極１２と第２の電極１５との間に電圧を印加することによって、第１の電極１２から注入された正孔と第２の電極１５から注入された電子とが発光層１４で再結合して発光する。
【００７１】
透明基板１１として屈折率が１．５程度のガラス、第１の電極１２として屈折率が２．０程度のＩＴＯ、発光層１４として屈折率が１．９程度の有機物質が用いられた場合、発光層１４で発生した光が有機ＥＬ素子１０中で感じる実効屈折率ｎは１．７程度となる。よって、この屈折率が１．７であるとき、発光層１４で発生した光の有機ＥＬ素子１０中での実効波長λａと空気中での波長λｂとの関係は、λａ＝λｂ／ｎ＝λｂ／１．７となる。ここで、実効波長とは伝搬媒質すなわち有機ＥＬ素子１０の透明基板１１、第１の電極１２および発光層１４内での光の波長をいう。また、実効屈折率ｎは、各部に用いる材料等によって変化するものであり、ここで用いる値である１．７は一例であり、ｎは通常１．６〜１．９程度の値を取り得る。
【００７２】
回折格子１３は、図２に示すように第１の電極１２と発光層１４との界面の、格子定数ａの正方格子の各格子点上に形成された円柱状、角柱状などの形状の凹凸からなる２次元的な周期屈折率分布を有するものであり、凹凸は第１の電極１２側が突出していても、発光層１４側が突出していても構わない。
【００７３】
発光層１４で発生した光のうち第１の電極１２との界面への入射角の小さいものは、第１の電極１２および透明基板１１を透過し、有機ＥＬ素子１０の外部に出てくる。入射角の大きいものは、次に説明するように回折格子１３でブラッグ回折または第１の電極１２との界面で全反射する。
【００７４】
発光層１４と第１の電極１２との界面への入射角の大きい光のうち実効波長λａ＝ａのものが、図２において矢印Ａ方向に進行する場合を考える。この光は、回折格子１３の屈折率分布を感じて、ブラッグ条件を満たすことにより進行方向に対して１８０°反対方向（矢印Ａ１方向）および±９０°の方向（矢印Ａ２、Ａ３方向）に回折される。同時に、回折格子１３に対して垂直な方向すなわち図２において紙面に垂直な方向にもブラッグ条件を満たし、回折されるため、回折格子１３がない場合には第１の電極１２との界面で全反射して発光層１４内部を導波し、有機ＥＬ素子１０の側面方向に逃げてしまっていた光を有機ＥＬ素子１０の透明基板１１の観察面から外部に取り出すことができ、光の取り出し効率を向上させることができる。また、矢印Ａ方向と等価な方向である、矢印Ａ１〜Ａ３方向に進行する光も同様に取り出すことができる。
【００７５】
格子定数ａの正方格子である回折格子１３では、実効波長λａがａ付近の光について上記の現象が発生するため、実効波長λａがａ付近の光は取り出し効率を向上させることができる。前述したように、蛍光によって発する青色は発光寿命がリン光の緑色および赤色に比べて短いため、できるだけ印加電圧を低くしたいという要求がある。そこで、格子定数ａを例えば２６０ｎｍに設定すると、有機ＥＬ素子１０中では波長λａ＝２６０ｎｍ、すなわち空気中での波長λｂ＝２６０×１．７＝４４２ｎｍの付近の青色の光の取り出し効率を向上させることができるため、回折格子１３を設けないときよりも低い印加電圧で同程度の輝度を得ることができ、消費電力を低下させつつ発光寿命を長くすることができる。このとき発光層１４での各色のドーパントの添加量を調整することにより、特定の波長の光の強度が突出することなく、所望の白色を得ることができる。
【００７６】
格子定数ａは、２２０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の任意の値に設定してもよい。このとき、取り出し効率を向上させることができる光は、空気中での波長λｂが３７４ｎｍから４９３ｎｍの間の、設定した格子定数ａに対応した波長の付近の青色の光である。この格子定数ａは実効屈折率ｎを１．７とした場合のものであり、実効屈折率ｎがこれと異なる値である場合は取り出し効率を向上させる光の波長を３６０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とするように、（３６０／ｎ）ｎｍ以上（５００／ｎ）ｎｍ以下に設定してよい。
【００７７】
また、第１の実施形態において、回折格子１３を図３に示すように格子定数ｂの三角格子としてもよい。このとき、発光層１４内の光はｃ＝（√３／２）×ｂをピッチとする屈折率周期変調を感じる。
【００７８】
発光層１４と第１の電極１２との界面への入射角の大きい光のうち実効波長λａ＝ｃのものが、図３において矢印Ｃ方向に進行する場合を考える。この光は、回折格子１３の屈折率周期変調を感じて、ブラッグ条件を満たすことにより進行方向に対して１８０°反対方向（矢印Ｃ１方向）、±６０°の方向（矢印Ｃ２、Ｃ３方向）および±１２０°の方向（矢印Ｃ４、Ｃ５方向）に回折される。同時に、回折格子１３に対して垂直な方向すなわち図３において紙面に垂直な方向にもブラッグ条件を満たすため回折されるため、正方格子の場合と同様に有機ＥＬ素子１０の側面方向に逃げてしまっていた光を有機ＥＬ素子１０の外部に取り出すことができ、光の取り出し効率を向上させることができる。また、矢印Ｃ方向と等価な方向である、矢印Ｃ１〜Ｃ５方向に進行する光も同様に取り出すことができる。
【００７９】
この場合、格子定数ｂを例えば３００ｎｍに設定すると、有機ＥＬ素子１０中では波長λａ＝（√３／２）×３００≒２６０ｎｍ、すなわち空気中での波長λｂ≒２６０×１．７＝４４２ｎｍの付近の青色の光の取り出し効率を向上させることができる。
【００８０】
格子定数ｂは、２５０ｎｍ以上３３０ｎｍ以下の任意の値に設定してもよい。このとき、取り出し効率を向上させることができる光は、空気中での波長λｂが３６８ｎｍから４８５ｎｍの間の、設定した格子定数ｂに対応した波長の付近の紫色から青色の光である。この格子定数ｂは実効屈折率ｎを１．７とした場合のものであり、実効屈折率ｎがこれと異なる値である場合は取り出し効率を向上させる光の波長を３６０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とするように、（２／√３×３６０／ｎ）ｎｍ以上（２／√３×５００／ｎ）ｎｍ以下に設定してよい。
【００８１】
第１の実施形態において、回折格子１３を設ける位置を透明基板１１と第１の電極１２との界面としても構わない。この場合、第１の電極１２中を導波する角度で進行する光を有機ＥＬ素子１０外部に取り出すことができる。また、発光層１４と第２の電極１５との界面に回折格子１３を設けてもよい。なお、トップエミッションタイプの有機ＥＬ素子の場合は、第１の電極１２が不透明なものとなるので、回折格子１３の位置は第１の電極１２と発光層１４との界面または発光層１４と第２の電極１５との界面とする。
【００８２】
また、発光層１４を空気中での波長λｂが３６０ｎｍから５００ｎｍの間の青色とこの青色の補色である橙色の光を発するものとしても、発光層１４をこの青色の光だけを発する単層のものとして、発光層１４の近傍にこの光を吸収してこの光の補色である橙色の蛍光もしくはリン光を発して白色に変換する蛍光体もしくはリン光体またはこの光を吸収して緑色および赤色の蛍光もしくはリン光を発して白色に変換する蛍光体もしくはリン光体を設けてもよい。この場合も回折格子１３を設けないときよりも低い印加電圧で同程度の輝度を得ることができ、消費電力を低下させつつ発光寿命を長くすることができる。このとき蛍光体もしくはリン光体の量は、所望の白色を得られる量に調整すればよい。
【００８３】
＜第２の実施形態＞
次に本発明の第２の実施形態について図４を用いて説明する。図４は、第２の実施形態にかかる回折格子の拡大した部分平面図である。第２の実施形態では、第１の実施形態と有機ＥＬ素子１０の構成は同様であるが、回折格子による二次の回折も利用する点が異なる。
【００８４】
本願明細書において、一次の回折とは、回折格子の２次元的周期屈折率分布で定義される複数の基本逆格子ベクトルを一つ得ることで、本来は全反射により自由空間に出られない光が、自由空間に放射可能な光に変換される回折現象を指す。また、二次の回折とは、上記基本逆格子ベクトルを２つ得ることで上記の自由空間に出られない光が自由空間に放射可能な光に変換される回折現象を指す。本願明細書では、回折を発現する際に得る基本逆格子ベクトルの数が多い回折現象を高次の回折と呼ぶ。
【００８５】
第２の実施形態において、回折格子１３を図４に示すように格子定数ｄの正方格子とする。このとき、発光層１４の光は、格子の一辺の方向すなわち矢印Ｄ方向のｄをピッチとする一次の回折の屈折率周期変調に加えて、格子の正方形の対角方向すなわち矢印Ｅ方向のｅ＝ｄ／√２をピッチとする二次の回折の屈折率周期変調も感じる。
【００８６】
第１の実施形態で説明したように、有機ＥＬ素子１０内での波長λａがｄの光で矢印Ｄ方向に進行する光は、一次の回折によって矢印Ｄ方向に対して１８０°反対方向および±９０°の方向だけでなく、回折格子１３に対して垂直な方向すなわち図４において紙面に垂直な方向にもブラッグ条件を満たし、回折され、有機ＥＬ素子１０外部に取り出すことができる。また、矢印Ｄ方向と等価な方向である、矢印Ｄ方向と１８０°反対方向および±９０°の方向に進行する光も同様に取り出すことができる。
【００８７】
同様に、有機ＥＬ素子１０内での波長λａがｅの光で矢印Ｅ方向に進行するものについて考えると、二次の回折によって矢印Ｅ方向に対して１８０°反対方向（矢印Ｅ１方向）、±９０°の方向（矢印Ｅ２、Ｅ３方向）だけでなく、回折格子１３に対して垂直な方向すなわち図４において紙面に垂直な方向にブラッグ条件を満たし、回折され、有機ＥＬ素子１０外部に取り出すことができる。また、矢印Ｅ方向と等価な方向である、矢印Ｅ１〜Ｅ３方向に進行する光も同様に取り出すことができる。
【００８８】
ここで、格子定数ｄを例えば３８０ｎｍに設定すると、一次の回折によって有機ＥＬ素子１０中では波長λａ＝３８０ｎｍ、すなわち空気中での波長λｂ＝３８０×１．７＝６４６ｎｍの付近の赤色の光、二次の回折によって有機ＥＬ素子１０中では波長λａ＝３８０／√２≒２６９ｎｍ、すなわち空気中での波長λｂ≒２６９×１．７≒４５７ｎｍの付近の青色の光の取り出し効率を向上させることができる。
【００８９】
第１の実施形態では格子定数ａが小さかったため、二次の回折で回折可能な光は波長が短すぎて光源として利用できなかったが、第２の実施形態では二次の回折で回折可能な光も利用可能である。前述したように蛍光の赤色および青色は緑色に比べて発光効率および発光寿命が劣るが、この回折格子１３を設けることにより、これらの赤色および青色の光について、回折格子１３を設けないときよりも低い印加電圧で同程度の輝度を得ることができ、消費電力を低下させつつ発光寿命を長くすることができる。このとき発光層１４での各色のドーパントの添加量を調整することにより、特定の波長の光の強度が突出することなく、所望の白色を得ることができる。
【００９０】
格子定数ｄは、３６０ｎｍ以上４１０ｎｍ以下の任意の値に設定してもよい。このとき、取り出し効率を向上させることができる光は、空気中での波長λｂが６１２ｎｍから６９７ｎｍの間の、設定した格子定数ｄに対応した波長の付近の赤色の光と、４３３ｎｍから４９３ｎｍの間の、設定した格子定数ｄに対応した波長の付近の青色の光である。この格子定数ｄは実効屈折率ｎを１．７とした場合のものであり、実効屈折率ｎがこれと異なる値である場合は取り出し効率を向上させる光を、波長が６１０ｎｍ以上７００ｎｍ以下のものと、これの１／√２倍の波長のおよそ４３１ｎｍ以上４９５ｎｍ以下のものとするように、（６１０／ｎ）ｎｍ以上（７００／ｎ）ｎｍ以下に設定してよい。
【００９１】
＜第３の実施形態＞
次に本発明の第３の実施形態について図５を用いて説明する。図５は第３の実施形態に係る回折格子の拡大した部分平面図である。第３の実施形態では回折格子１３による二次の回折を用いる点で第２の実施形態と同様であるが、発光層１４で発する光が紫外線および赤色であり、発光層発光層１１４の近傍にその発光を吸収して青色、緑色および赤色に発光し、白色に変換する蛍光体またはリン光体が設けられている点が異なる。
【００９２】
第３の実施形態において、回折格子１３を図５に示すように格子定数ｆの三角格子とする。このとき、発光層１４内の光は一次の回折のｇ＝（√３／２）×ｆおよび二次の回折のｈ＝ｆ／２＝ｇ／√３をピッチとする屈折率周期変調を感じる。
【００９３】
第１の実施形態で説明したように、有機ＥＬ素子１０内での波長λａがｇの光で矢印Ｇ方向に進行する光は、矢印Ｇ方向に対して１８０°反対方向、±６０°の方向および±１２０°の方向だけでなく、回折格子１３に対して垂直な方向すなわち図５において紙面に垂直な方向にもブラッグ条件を満たし、回折され、有機ＥＬ素子１０外部に取り出すことができる。また、矢印Ｇ方向と等価な方向である、矢印Ｇ方向と１８０°反対方向、±６０°の方向および±１２０°の方向に進行する光も同様に取り出すことができる。
【００９４】
同様に、有機ＥＬ素子１０内での波長λａがｈの光で矢印Ｈ方向に進行するものについて考えると、矢印Ｈ方向に対して１８０°反対方向（矢印Ｈ１方向）、±６０°の方向（矢印Ｈ２、Ｈ３方向）および±１２０°の方向（矢印Ｈ４、Ｈ５方向）だけでなく、回折格子１３に対して垂直な方向すなわち図５において紙面に垂直な方向にブラッグ条件を満たし、回折され、有機ＥＬ素子１０外部に取り出すことができる。また、矢印Ｈ方向と等価な方向である、矢印Ｈ１〜Ｈ５方向に進行する光も同様に取り出すことができる。
【００９５】
ここで、格子定数ｆを例えば４４０ｎｍに設定すると、一次の回折によって有機ＥＬ素子１０中では波長λａ＝（√３／２）×４４０≒３８１ｎｍ、すなわち空気中での波長λｂ≒３８１×１．７≒６４８ｎｍの付近の赤色の光と、二次の回折によって有機ＥＬ素子１０中では波長λａ＝４４０／２＝２２０ｎｍ、すなわち空気中での波長λｂ＝２２０×１．７＝３７４ｎｍの付近の紫外線の取り出し効率を向上させることができる。したがって、この回折格子１３を設けることにより、これらの波長の光について、回折格子１３を設けないときよりも低い印加電圧で同程度の輝度を得ることができ、消費電力を低下させつつ発光寿命を長くすることができる。また、紫外線を吸収して発光する青色、緑色および赤色に加えて、発光層１４で発光する赤色によっても有機ＥＬ素子１０で得られる白色の色味を調整することができ、所望の白色を容易に得ることができる。
【００９６】
格子定数ｆは、４１０ｎｍ以上４８８ｎｍ以下の任意の値に設定してもよい。このとき、取り出し効率を向上させることができる光は、空気中での波長λｂが６０３ｎｍから７１９ｎｍの間の、設定した格子定数ｆに対応した波長の付近の赤色の光と、３４８ｎｍから４１５ｎｍの間の、設定した格子定数ｆに対応した波長の付近の紫外線である。この格子定数ｆは実効屈折率ｎを１．７とした場合のものであり、実効屈折率ｎがこれと異なる値である場合は取り出し効率を向上させる光を、波長が６１０ｎｍ以上７００ｎｍ以下のものと、これの１／√３倍の波長のおよそ３５２ｎｍ以上４０４ｎｍ以下のものとするように、（２／√３×６１０／ｎ）ｎｍ以上（２／√３×７００／ｎ）ｎｍ以下に設定してよい。
【００９７】
（有機ＥＬ素子の使用例）
上述の第１〜第３の実施形態における有機ＥＬ素子を装置に使用した例を以下に示す。尚、本例においては、バックライトとして有機ＥＬ素子を設置した液晶表示装置を例に上げる。図６は、この有機ＥＬ素子をバックライトの白色光源として備えた液晶表示装置の斜視図である。液晶表示装置２０は液晶パネル２１およびバックライト２２を備えるものである。液晶パネル２１は、一対の電極付き基板間（各基板には必要に応じて、配光膜、絶縁膜、カラーフィルタ、ブラックマトリクス、偏光素子などが設けられる）に液晶層を挟持してなる透過型あるいは半透過型のものである。上下基板の各電極間に電圧を印加して、液晶層をスイッチングするための駆動回路も備えている。バックライト２２は第１〜第３の実施形態で説明した有機ＥＬ素子からなり、透明基板が液晶パネル２１側になるように設けられている。このように構成することにより、バックライト２２からの高輝度の白色光が液晶パネル２１から透過して、液晶パネル２１の表示画像を鮮明にすることができる。この液晶表示装置２０では、バックライト２２として有機ＥＬ素子を備えることで、白色光源に使用する電力が抑制されるので、その結果、装置全体の消費電力を抑制することができる。
【００９８】
本例において、液晶表示装置のバックライトに有機ＥＬ素子を使用した場合を説明したが、これに限ることなく、例えば有機ＥＬ素子を所望の大きさに形成して、室内や野外で用いられる白色の照明装置として使用しても構わない。また、液晶表示装置だけでなく他の表示装置のバックライトとしても用いることができる。例えば、特開２００３−２００６１２号公報に示されるような高分子電解質膜からなる可動部を機械的に動かして透過光の透過および遮断を行うようなタイプの表示装置にもバックライトとして用いることができる。
【００９９】
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。なお、特に断りない限り、実施例中の「％」は「膜厚比（％）」を表す。また、実施例で用いる化合物の構造を以下に示す。
【実施例１】
【０１００】
３０ｍｍ×３０ｍｍ、厚さ０．７ｍｍのガラス基板上に、レジストを塗布し電子ビームリソグラフィーとドライエッチングにより、半径９５ｎｍ、深さ２００ｎｍの垂直な円形穴を、周期２６５ｎｍピッチで正方格子状に周期的にあけた。しかる後、スパッタリングによりＩＴＯを１２０ｎｍ成膜した。
【０１０１】
この場合、ＩＴＯの成膜条件を選ぶことにより、穴の中にＩＴＯを充填することも可能だし、まったくＩＴＯを充填せずに、空間とすることも可能である。前者の構成だと、屈折率約１．５のガラスというバックグラウンドに、屈折率約２のＩＴＯによる穴があることとなり、後者の構成は、屈折率約１．５のガラスというバックグラウンドに、屈折率約１の空間による穴があることとなる。結果として前者、後者共に、２次元的な周期屈折率分布を持つ回折格子として機能することが可能となる。本実施例では、前者を採用した。
【０１０２】
この後、素子を電気駆動するために、ＩＴＯを適切な回路にパターニングした。このＩＴＯ透明電極を付けた基板（支持基板ともいう）を、イソプロピルアルコールで超音波洗浄し、乾燥窒素ガスで乾燥し、ＵＶオゾン洗浄を５分間行なった。
【０１０３】
この透明支持基板を市販の真空蒸着装置の基板ホルダーに固定した。真空蒸着装置内の蒸着用るつぼの各々に各層の構成材料を各々有機ＥＬ素子作製に最適の量を充填した。蒸着用るつぼはモリブテン製またはタングステン製抵抗加熱用材料で作製されたものを用いた。
【０１０４】
次いで、真空度４×１０-4Ｐａまで減圧した後、ｍ−ＭＴＤＡＴＡの入った前記蒸着用るつぼに通電して加熱し、蒸着速度０．１ｎｍ/秒で透明支持基板に蒸着し、４０ｎｍの正孔注入層を設けた。さらに、表２記載の混合比で、各層が形成されるように上記材料が充填された蒸着用るつぼに通電を行い、共蒸着または単独蒸着して正孔輸送層、各発光層及び各中間層を各々成膜した。
【表２】
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【０１０５】
表２に示す化合物の化学式は次の通りである。ＣＢＰ（化１）、化合物１（化２）、化合物２（化３）、Ｉｒ−１（化４）、Ｉｒ−９（化５）、Ｉｒ−１３（化６）、α−ＮＰＤ（化７）、Ａｌｑ３（化８）、ｍ−ＭＴＤＡＴＡ（化９）。
【化１】
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【化２】
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【化３】
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【化４】
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【化５】
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【化６】
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【化７】
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【化８】
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【化９】
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【０１０６】
さらに、ＢＡｌｑの入った前記蒸着用るつぼに通電して加熱し、蒸着速度０．１ｎｍ／秒で前記層上に蒸着して正孔素子層を作製し、次いで同様にして電子輸送層を設けた。
【０１０７】
さらに、アルミニウム１１０ｎｍを蒸着して陰極を形成し、有機ＥＬ素子を作製した。
得られた有機ＥＬ素子の非発光面をガラスケースで覆った。なお、ガラスカバーでの封止作業は、有機ＥＬ素子を大気に接触させることなく窒素雰囲気下のグローブボックス（純度９９．９９９％以上の高純度窒素ガスの雰囲気下）で行った。その後、分光放射輝度形ＣＳ−１０００（コニカミノルタセンシング社製）を用いて、正面輝度、発光スペクトル、配光特性を測定した。
【０１０８】
この結果を、図７に示す。図７は正面輝度を２次元回折格子を内蔵した有機ＥＬ素子と、同じ層構成で２次元回折格子を内蔵していないものとで比較したものである。横軸が波長、縦軸が回折格子を内蔵していないものの最大値を１とした正面輝度である。図７において、細い線が２次元回折格子を内蔵していない場合で、太線が２次元回折格子を内蔵している場合である。本実施例は、青付近を強調することを狙った回折格子で、確かに、波長４６０ｎｍ付近の青い光が約５０％増大されており、全波長域を積算した発光強度でも約１７％の向上が見られる。
【実施例２】
【０１０９】
本実施例は、正方格子のピッチを３７０ｎｍにした点が実施例１と異なるが、その他の構成は実施例１と同じである。
【０１１０】
本実施例において分光放射輝度形ＣＳ−１０００を用いて測定した正面輝度を、２次元回折格子を内蔵した有機ＥＬ素子と、同じ層構成で２次元回折格子を内蔵していないものとで比較した結果が図８である。図７と同様に図８においても、細い線が、同じ層構成で２次元回折格子を内蔵していない場合で、太線が２次元回折格子を内蔵している場合である。本実施例は青及び赤付近を強調することを狙った回折格子で、波長４６０ｎｍ付近の青い光が約５０％、波長６２０ｎｍ付近の赤い光が約３５％増大されており、全波長域を積算した発光強度でも約３０％の向上が見られる。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明は、白色光源としての有機ＥＬ素子一般に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】は、本発明の第１の実施形態にかかる有機ＥＬ素子の概略構成図である。
【図２】は、本発明の第１の実施形態にかかる正方格子である回折格子の拡大した部分平面図である。
【図３】は、本発明の第１の実施形態にかかる三角格子である回折格子の拡大した部分平面図である。
【図４】は、本発明の第２の実施形態にかかる回折格子の拡大した部分平面図である。
【図５】は、本発明の第３の実施形態にかかる回折格子の拡大した部分平面図である。
【図６】は、本発明にかかる有機ＥＬ素子を備えた液晶表示装置の斜視図である。
【図７】は、実施例１にかかる回折格子を備えた有機ＥＬ素子と回折格子のないものとの正面輝度を比較したグラフである。
【図８】は、実施例２にかかる回折格子を備えた有機ＥＬ素子と回折格子のないものとの正面輝度を比較したグラフである。
【図９】は、従来の有機ＥＬ素子の概略構成図である。
【符号の説明】
【０１１３】
１０    有機ＥＬ素子
１１    透明基板
１２    第１の電極
１３    回折格子
１４    発光層
１５    第２の電極
２０    液晶表示装置
２１    液晶パネル
２２    バックライト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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